SPS 기반의 마이크로비아 펄스-리벌스 구리 전해도금에 대한 전기화학적 분석 = Electrochemical analysis of pulse-reverse copper electrodeposition in microvia with bis-(3-sulfopropyl)-disulfide (SPS)
저자
발행사항
서울 : 서울대학교 대학원, 2024
학위논문사항
학위논문(석사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부 2024. 2
발행연도
2024
작성언어
한국어
주제어
DDC
660.6
발행국(도시)
서울
형태사항
vii, 53 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김재정
UCI식별코드
I804:11032-000000180752
DOI식별코드
소장기관
Recently, the integration of electronic components has reached its limits, and attention is turning towards technologies such as packaging. Among these, microvias are a key technology for forming high-density interconnection within PCBs. To create defect-free Cu interconnections within these microvias, the role of organic additives inducing superfilling (or bottom-up filling) is crucial. Traditionally, accelerators, suppressors, and levelers have been used, but organic additives can generate by-products, compromising electrodeposition performance and affecting process control and costs. Consequently, many researches have aimed to reduce the number of organic additives.
In this study, electrochemical analysis was conducted to perform Cu electrodeposition for microvia based on a single additive and understand its underlying mechanism. Then the results were subsequently validated by conducting microvia Cu electrodeposition. Initially, using chronopotentiometry, we confirmed the electrodeposition acceleration effects of accelerators and pulse-reverse methods. Specifically, under Cl--SPS conditions, which exhibit convection-dependent behavior, we observed an advantage for superfilling. Analysis based on the presence or absence of Cl- under SPS conditions revealed the crucial role of Cl- in convection-dependent behavior. Additionally, indirect confirmation of Cu+ occurrence in the anodic oxidation step through UV-vis analysis elucidated the mechanism of pulse-reverse electrodeposition.
Finally, building upon these findings, we conducted Cu electrodeposition on microvias and results were compared. Under Cl--SPS conditions, superconformal Cu deposition profiles were observed, confirming effective superfilling. Accordingly, we proposed the mechanism of superfilling through the formation reaction of CuCl at the top of the via and the formation reaction of Cu+-thiolate inside the via by SPS.
In conclusion, this SPS-based microvia pulse-reverse Cu electrodeposition is anticipated to contribute to the efficient formation of Cu interconnections in future PCB manufacturing, reducing both costs and the potential side effects of additives.
최근 전자 소자의 집적화가 한계에 다다르며 패키징 등의 기술이 주목을 받고 있다. 이 중 마이크로비아는 PCB 내에 고밀도 배선을 형성하기 위한 주요한 기술 중 하나이다. 이러한 마이크로비아 내부에 결함 없는 구리 배선을 형성하기 위해서는 수퍼필링(Superfilling or Bottom-up filling)을 유도하는 유기 첨가제의 역할이 중요하다. 전통적으로 가속제, 억제제, 평탄제가 사용되고 있으나 유기 첨가제는 부산물을 형성해 도금 성능을 저하시키며 공정 관리와 비용 측면에 영향을 끼친다. 이러한 관점에서 유기 첨가제의 수를 줄이는 연구가 이뤄져 왔다.
본 연구에서는 단일 첨가제 기반의 마이크로비아 도금을 하기 위해 전기화학 분석을 수행하고 그 메커니즘에 대해 고찰하였으며 실제로 마이크로비아 구리 전해 도금을 진행함으로써 그 결과를 입증하였다. 먼저 chronopotentiometry를 통해 가속제와 펄스-리벌스 전해 방식의 도금 가속 효과를 확인하였다. 특히 Cl--SPS 조건이 대류 의존적 거동을 보이며 수퍼필링에 유리함을 알 수 있었으며 SPS 존재 하에 Cl- 유무에 따른 분석을 통해 대류 의존적 거동에 Cl-가 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 또한 UV-vis 분광 분석을 통해 산화 단계에서의 Cu+의 발생을 간접적으로 확인하여 펄스-리벌스 전해 도금 방식의 메커니즘을 규명하였다.
마지막으로 앞선 결과를 바탕으로 마이크로비아 구리 전해 도금을 수행하였으며 그 결과를 비교하였다. 전기화학적 분석 결과와 일치하는 도금 형태를 관찰할 수 있었으며 Cl--SPS 조건에서 효과적인 수퍼필링이 일어남을 확인하였다. 이에 따라 비아 상단에서의 CuCl 형성 반응과 비아 내부에서의 SPS에 의한 Cu+-thiolate 형성 반응을 통해 수퍼필링의 메커니즘을 제시하였다. 본 연구의 결과인 SPS 기반의 마이크로비아 펄스-리벌스 구리 전해 도금 방법은 향후 PCB 제작에서 효과적으로 구리 배선을 형성하며 공정 비용과 첨가제의 분해에 따른 부작용을 줄이는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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